Измерение перегрузок действующих на вертолет. Фильтрация сигналов и прочее

[kasmirov]

+ гиры

[kasmirov]

Карим, почитай подробнее про явление под названием "aliasing". Извини, не помню как по-русски. В любом серьёзном учебнике по цифровым фильтрам. Если кратко, то переход к дискретному времени приводит к тому, что спектр сигнала с частотами выше Котельникова отображается на твой спектр от нуля до Котельникова. Это на самом деле тесно связано с теоремой Котельникова. Свойство самого перехода к дискретному времени.

Это понятно.
Сам переход с аналога на цифру происходит внутри акселя и гиры, т.к. они цифровые.
Я не использую внешний ЦАП.
Увеличивать скорость выдачи значений можно, но не до бесконечности. И это явно не килогерцы.
Как быть в данной ситуации?

[Vovets]

Как быть в данной ситуации?

Почитай, что говорит даташит на аксель по поводу его полосы пропускания, особенно максимум. И что они говорят по поводу работы в условиях вибрации, до каких пределов они обещают работу. Я бы не отметал возможность аналоговой фильтрации, т.е. механического демпфирования. Особенно если к нему подходить серьёзно, т.е. рассчитывать. Вообще нужно как-то экспериментально определить до каких пределов распространяется спектр вибрации на вертолёте. И уже исходя из этого действовать. Я понимаю, что это курица и яйцо.

[ilyxa]

у тебя нет желания кодом поделится? Я ленив и туповатъ в программировании, было бы круто чужое засмотреть

[AndRay]

У них соотношение сигнал-шум 90/10, у акселерометров 20/80.

Вот тут у тебя системная ошибка в понимании то, что ты измеряешь. На акслерометрах у тебя НЕТ щума...вообще нет. Шумят они чуть-чуть  -включи на столе и ты увидишь то, что есть шум акселерометра. Я тоже на этом попался. Посмотри мой текст - там показано что то, что мы считали шумом оказалось либо субсемплированным, либо оверсемплированным ЧЕСТНЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ тех вибраций, которые идут по корпусу. Ну представь ты по едва волнистому гладком шоссе едешь на телеге с квадратными колесами. Тряска от квадратных колес - это не шум, это реальные ускорения, которые и измеряет прибор. Просто ты досаточно случайно точкой измерений попадаешь мимо фазы колеса. И если интересно - надо снять профиль вибраций и именно его резать ( хвала создателю, всё зависит от оборотов). Как правильно снять профиль вибраций- в моем тексте или звони -расскажу как просто сделать датчик фазы.

[AndRay]

Свойство самого перехода к дискретному времени.

в переводе на общечеловеческий. Через две точки во времени можно провести прямую, синус, удвоенный, утроенный и так далее синус.

[kasmirov]

у тебя нет желания кодом поделится?  Я ленив и туповатъ в программировании, было бы круто чужое засмотреть

Каким участком?
Пока что я всю обработку данных делаю в маткаде. Или в проге на си++.
А в проце только вспомогательные процедуры.
Хотя нигде ничего интересного нет. Все сугубо унитарное. Взяли здесь, положили сюда.

Почитай, что говорит даташит на аксель по поводу его полосы пропускания, особенно максимум. И что они говорят по поводу работы в условиях вибрации, до каких пределов они обещают работу. Я бы не отметал возможность аналоговой фильтрации, т.е. механического демпфирования. Особенно если к нему подходить серьёзно, т.е. рассчитывать. Вообще нужно как-то экспериментально определить до каких пределов распространяется спектр вибрации на вертолёте. И уже исходя из этого действовать. Я понимаю, что это курица и яйцо.

Пределы выживания 3,000g for 0.5 ms g 10,000g for 0.1 ms
Предел измерения 16g
Data rate 400Hz Вот это ограничение ключевое

По поводу аналоговой фильтрации. Никаких подушечек с гелем, двухстороннего скотча и прочей гомосятины я не хочу. Только болты, только хардкор
В первую очередь потому, что это не расчетные элементы. Погрешность которую они внесут в сигнал очень сложно будет определить. А я фактически БИНС делаю, а не 3-х осевой пид регулятор.
Заниматься подбором с какой подушечкой полетит, а с какой глюканет и в землю - это не для меня.
А другой аналоговой фильтрации быть в случае с цифровыми Акселем и гироскопом быть не может.

Пара соображений.
1. Думаю с задачей определения полного спектра вибрации на вертолете справится микрофон. Его элементарно завести на АЦП и получить спектр.
2. По поводу частот выше Котельникова. Чем выше частота вибрации, тем меньше ее энергия. Зависимость сейчас не помню. Возможно эти данные не внесут сильной погрешности при БПФ на интересующий участок. Надо проверять. Сейчас сделаю простой тест. Прорежу данные из графика выше, т.е. получу частоту дискретизации не 100Гц, а 50, 25. Посмотрим на результат.

[kasmirov]

У них соотношение сигнал-шум 90/10, у акселерометров 20/80.

Вот тут у тебя системная ошибка в понимании то, что ты измеряешь. На акслерометрах у тебя НЕТ щума...вообще нет. Шумят они чуть-чуть  -включи на столе и ты увидишь то, что есть шум акселерометра. Я тоже на этом попался. Посмотри мой текст - там показано что то, что мы считали шумом оказалось либо субсемплированным, либо оверсемплированным ЧЕСТНЫМ ИЗМЕРЕНИЕМ тех вибраций, которые идут по корпусу. Ну представь ты по едва волнистому гладком шоссе едешь на телеге с квадратными колесами. Тряска от квадратных колес - это не шум, это реальные ускорения, которые и измеряет прибор. Просто ты досаточно случайно точкой измерений попадаешь мимо фазы колеса. И если интересно - надо снять профиль вибраций и именно его резать ( хвала создателю, всё зависит от оборотов). Как правильно снять профиль вибраций- в моем тексте или звони -расскажу как просто сделать датчик фазы.

Не придирайся к словам.
Пусть будет шум вертолета? Ок? Разумеется я писал про полезную составляющую сигнала и мусор. Последний являет собой вибрации конструкции.

[kasmirov]

Я оказался прав. Вполне приемлемый результат.
Да, точность несколько уменьшилась, но тренд сохранился.
Скорее всего в данной довольно грубой методике обсуждаемый эффект незначителен.
Взял каждое второе и четвертое значение, отфильтровал.
Обозначения:
h_f_20 - отфильтрованный по 2,15Гц сигнал с частотой дискретизации 100Гц.
h_f_20_25 ---//--- 25Гц
h_f_20_50 ---//--- 50Гц

Спектр


Значения


Думаю при 400Гц вообще все хорошо будет.

[Vovets]

Прочитай вот это: http://digteh.ru/dsp/AntiFlt/
Обороты двигателя обычно в районе 20000 об/мин или 333 Гц. Плюс могут быть более высокие гармоники на которых могут резонировать элементы рамы.
Мне кажется, твоё прореживание ничего не доказывает, в исходном сигнале уже есть энергия более высоких частот.

Мне вот подумалось, что полезный сигнал у нас апериодический, а помеха, вроде как периодическая. Тогда в идеальном случае интегрирование нефильтрованного сигнала должно удалить помеху. Но, кажется, это будет работать опять же только при достаточно высокой (у тебя не достаточно) частоте дискретизации.

[AndRay]

апериодический, а помеха, вроде как периодическая.

Да, только окно БПФ некратно оборотам и поэтому вместо "палки" он видит "горбы". Датчик фазы (отметка начала оборота двигателя)поможет работать в правильном окне. Частоты достаточно если работать с сабсэмплингом благо вибрация периодична.

Да, точность несколько уменьшилась, но тренд сохранился.

Пришли несколько секунд сырых данных - я тебе медленным фурье покажу как вырезать обороты и вибрации. (аж самому интересно стало)

[kasmirov]

Да, точность несколько уменьшилась, но тренд сохранился.

Пришли несколько секунд сырых данных - я тебе медленным фурье покажу как вырезать обороты и вибрации. (аж самому интересно стало)

https://yadi.sk/d/0-XImR_As94Bt
Данные не обрезал, полет целиком. Выше рассматривал отрезок с записями с 11000 по 11512.
Порядок данных id, дата-время, GyroX,GyroY,GyroZ,AccX,AccY,AccZ
Частота дискретизации 100Гц, аксель откалиброван по нулю и значениям, гира - по нулю.
 

[AndRay]

А почему данные не целочисленные? Поделил на нормировочную G?

[kasmirov]

Откалиброванные и нормированные

[AndRay]

А какие обороты, главная и хвостовая пара?